美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员证明，可以在部署的光纤链路中实现先进的基于量子的网络安全。

他们的研究结果发表在CLEO2023上，验证了ORNL科学家于2015年进行的一项早期原理验证实验室实验。

该团队使用真正的本地振荡器传输用于量子密钥分发的量子信号，这是一种共享秘密密钥的安全方法。本地振荡器消除了同一光纤网络中传输的其他数据所散射的噪声的影响，并且该工作证明了量子和传统数据信号之间的共存。

信号通过ORNL的光纤网络传输，并以连续变量进行编码，这些变量描述了光粒子或光子的振幅和相位特性。使用光子的连续变量进行编码允许几乎无限数量的分布随机性设置，可用于网络安全并实现与现有经典通信系统的兼容性。

ORNL团队的实验不仅在信息安全方面开辟了新天地，而且利用了现有的光纤基础设施，这将使采用成本更低、更容易。

ORNL量子信息科学部门负责人兼该研究的首席研究员尼古拉斯·彼得斯(NicholasPeters)表示，该实验解决了实施量子密钥分发的主要障碍，同时增强了安全性。

“量子密钥分发是一种加密协议，两方可以生成只有他们知道的安全密钥，”彼得斯说。“在这个实验中，这是通过使用激光在两点(通常称为爱丽丝和鲍勃)之间产生微弱的光脉冲来完成的。”

当接收方测量脉冲时，测量结果可以揭示窃听者是否截获并破坏了消息。在过去没有真正的本地振荡器的实验中，该光脉冲与本地振荡器一起传输。以前的方法可能会产生潜在的漏洞，而这些漏洞在由基本安全概念定义的当前最佳实践中并未得到解决。新方法依赖于发射点和接收点的独立激光器产生的光信号。

“基本上，我们正在研究干扰，”该研究的主要作者、橡树岭国家实验室量子研究科学家布莱恩·威廉姆斯说。“这就像将一块石头扔进湖里并产生涟漪。这类似于我们正在观察的光子的波状性质。如果将两块石头扔进去，它们会在水中产生奇怪的图案。我们正在做类似的干涉“基于该量子信号的测量，但只有与激光匹配的部分才能被检测到。这需要非常窄的能量分辨率。”

过多的噪声会降低可分发密钥的速率。噪音太大，并且为了保护机密性而消耗了一小部分潜在密钥。

“我们的目标是获得尽可能最佳的信噪比，”威廉姆斯说。“通过使用窄能量激光器作为本地振荡器，它可以充当背景噪声的滤波器并提高信噪比。”

未来的工作将集中于在更广泛的网络场景下重现实验结果。

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